Влияние пластической деформации и

НАГРЕВА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование влияния степени обжатия и температуры рекристаллизации на структуру и свойства металлов и сплавов.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

В результате пластической деформации происходит изменение не только формы и размеров изделия, но и изменение структуры металла, которая приводит к изменению механических свойств.

При деформации металла в холодном состоянии образуется наклеп – упрочнение металла, которое объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, межузельных атомов).

Влияние количества дислокаций на прочность металла характеризуется кривой Одинга-Бочвара, пример которой применительно к железу показан на рисунке 1.

Рисунок 1 – Влияние плотности дислокаций на прочность

металла

Основными способами увеличения количества дислокаций в реальных металлах являются:

I - холодная деформация (наклеп),

II - легирование (замена чистых металлов сплавами),

III - неравновесная термообработка (закалка).

Все дефекты кристаллического строения повышают сопротивление деформации и уменьшают пластичность.

Наклеп широко используется в промышленности для упрочнения термически не упрочняемых сплавов. В то же время снижение пластичности, возникающее при холодном деформировании металла, создает технологические трудности для дальнейшей обработки (резанием, давлением).

К недостаткам наклепа можно также отнести ухудшение коррозионной стойкости металла и анизотропию свойств (разные свойства в разном направлении).

Для снятия наклепа металл подвергают термической обработке - рекристаллизационному отжигу. Рекристаллизационный отжиг – это термическая обработка холоднодеформированного металла или сплава, при которой главным процессом является рекристаллизация, в результате которой восстанавливается структура и свойства наклепанного металла.

t_р.о. = (Т_рек – 273 ⁰) + (100…150)⁰ С,

где: t_р.о. – оптимальная температура рекристаллизационного отжига, ⁰С; Т_рек. – абсолютная температура начала рекристаллизации, выраженная в ⁰К.

Температура начала рекристаллизации - это минимальная температура, при которой происходит зарождение новых равноосных зерен на границе текстуры.

Эта температура определяется двумя способами:

1 Способ – аналитический (по формуле)

Т_р = a Т_пл, ⁰К,

где Т_пл – абсолютная температура плавления, ⁰К;

a - коэффициент, учитывающий чистоту металла:

для технически чистых металлов a = 0,4,

для сплавов a = 0,6 – 0,8.

2 Способ – графический – по кривым изменения механических свойств.

Рисунок 2 – Влияние нагрева на механические свойства и

структуру металла, упрочненного деформацией

 

Перпендикуляр, касательный к перегибу кривых и есть температура рекристаллизации Т_Р. За температурой рекристаллизации наблюдается два участка кривых:

I участок – первичная рекристаллизация, которая наблюдается при небольшом перегреве над Т_Р. на этом участке металл имеет мелкое зерно.

II участок – собирательная рекристаллизация, которая наблюдается при большом перегреве над Т_Р. Она примечательна крупнозернистой структурой, которая образуется за счет поедания мелких зерен друг другом. Следствием этого является ухудшение свойств стали.

Рекристаллизационный отжиг часто применяют как межоперационную термическую обработку при холодной прокатке, волочении, штамповке и т.д.

В зависимости от соотношения температур деформации и рекристаллизации различают холодную и горячую деформации.

Т_деф. < Т_рек. – холодная пластическая деформация;

Т_деф. > Т_рек. – горячая пластическая деформация.

В результате горячей пластической деформации не происходит упрочнение металла, т.к. оно устраняется рекристаллизацией, которая происходит после окончания горячей деформации.